風電機組智能監控運行控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電領域，具體涉及一種風電機組智能監控運行控制系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]風能是一種取之不盡、用之不竭的綠色能源，風力發電已經成為當今世界最主要的可再生能源技術之一。然而，風力發電目前還不能完全取代煤電的最主要制約因素是其發電的不穩定性，當其總量過大后會對電網產生安全隱患。運行環境、風資源對風電機組的工況影響很大，即使安裝于同一風電場的不同的風電機組，運行環境差異、風資源差異也是或多或少存在的。另外風電機組即使容量相同，機組個體性能也是存在差異的。運行環境差異、風資源差異、機組個體性能差異之間還存在耦合關系，例如，風速大小(運行環境)決定了風力機輸出功率，而風速大小還和塔架高度、輪轂半徑、風輪半徑、槳葉弦長、懸垂距離、槳葉升力系數、阻力系數等風力機參數(機組個體性能)和風湍流、風剪切、塔影效應(風資源)有關。這些差異的存在及耦合關系導致風電機組難以控制，這是風力發電不穩定性的根源所在。因此，研究一種具有自學習能力、可自動適應運行環境差異、風資源差異和機組個體性能差異的風電機組智能監控運行控制系統和方法是十分必要的。
[0003]圖1顯示了風電機組傳統監控運行控制系統的結構，它包括:風力機A?N1，主控制器2、電網3、光纖環網4、光纖環網交換機5、交換機6、數據庫服務器7、操作員站8、Internets遠程監控中心10。圖1中本發明風力機A?N I為常規的雙饋電機風力機，它可以為任何形式的風力機。風電機組傳統監控運行控制系統特點是針對運行環境差異、風資源差異和機組個體性能差異，不具備自學習、自適應的能力。
[0004]I)傳統監控運行控制系統不考慮運行環境差異、風資源差異和機組個體性能差異對風電機組的實時影響，風機主控只是根據實時風速采用傳統控制算法輸出控制命令來控制風力機動作，控制精度和穩定性不高；
本發明中智能監控運行控制器采用智能控制算法，具有自學習、自適應運行環境差異、風資源差異和機組個體性能差異的功能，控制系統具有很強的魯棒性和容錯能力，大大減弱了對電網產生安全隱患。
[0005]2)智能監控運行控制系統深入細化了運行環境差異、風資源差異和機組個體性能差異的參數指標，應用于不同地域的風場、不同類型的風力機都有很高的通用性，傳統監控運行控制系統通用性不高。
[0006]3)傳統監控運行控制系統不考慮運行環境差異、風資源差異和機組個體性能差異的實時影響，對應的操作員站和遠程監控中心可監控的數據有限。
【發明內容】
[0007]為解決上述問題，本發明提供了一種風電機組智能監控運行控制系統及其控制方法，通過該方法可以有效地對風電機組進行智能監控運行控制，大大提高了風電機組的穩定性、可靠性和安全性。
[0008]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:
風電機組智能監控運行控制系統，包括風力機A?N、電網、光纖環網、光纖環網交換機、交換機、數據庫服務器、操作員站、Internet、遠程監控中心，操作員站與數據庫服務器相連，數據庫服務器與交換機相連，交換機與光纖環網交換機、操作員站分別相連，操作員站通過Internet與遠程監控中心相連，其特征在于，還包括智能監控運行控制器、運行環境差異模塊、風資源差異模塊和機組性能差異模塊。
[0009]所述的智能監控運行控制器包括
所述的運行環境參數分析模塊，采用智能控制算法對輸入的數據分析處理，輸出量分別乘以一個加權因子后輸入至智能控制器；
風資源參數分析模塊，采用智能控制算法對輸入的數據分析處理，輸出量分別乘以一個加權因子后輸入至智能控制器；
機組性能參數分析模塊，采用智能控制算法對輸入的數據分析處理，輸出量分別乘以一個加權因子后輸入至智能控制器；
智能控制器，采用智能控制算法，綜合運行環境差異、風資源差異和機組個體性能差異對風電機組的影響，輸出給定控制信號控制風力機A?N的動作，并同時與光纖環網相連實現數據通訊。
[0010]所述的運行環境差異模塊包括
操作員PLC，用于負責運行環境參數的監控及根據程序發出相應控制信號給I/O端口，同時負責各種數據和參數的實時獲取；
運行環境參數應用程序模塊，采用IEC 61400-25標準與操作員PLC互連，經過用戶權限識別以后，系統按照進程為相應的用戶分配對應的可使用模塊；
數據信息備份與恢復模塊，用于儲存管理運行環境參數數據，生成運行報告，以及歷史數據報表；
傳感器組，包括風速傳感器、風向傳感器、海拔傳感器、噪聲傳感器、濕度傳感器、波浪儀、海流計、驗潮儀，分別用于實時監測風速大小、方向、海拔高度、風輪和發電機噪聲、大氣濕度、海浪高度和波譜、海流速度和方向、潮汐漲落高度值;其中波浪儀、海流計、驗潮儀只是風力機A?N為海上風力機時才工作，為陸上風力機時這三個傳感器無需工作；
運行環境信息組模塊，包括風速信息模塊、風向信息模塊、海拔信息模塊、噪聲信息模塊、濕度信息模塊、海浪信息模塊、海流信息模塊、潮汐信息模塊，分別用于分析處理傳感器組傳送來的數據；同樣海浪信息模塊、海流信息模塊、潮汐信息模塊只是風力機A?N為海上風力機時才工作。
[0011 ]所述的風資源差異模塊包括
操作員PLC，用于負責風資源參數的監控及根據程序發出相應控制信號給I/O端口，同時負責各種數據和參數的實時獲取；
風資源參數應用程序模塊，采用IEC 61400-25標準與操作員PLC互連，經過用戶權限識別以后，系統按照進程為相應的用戶分配對應的可使用模塊；
數據信息備份與恢復模塊，用于儲存管理風資源參數數據，生成運行報告，以及歷史數據報表； 風資源信息組模塊，包括年平均風速信息模塊、季平均風速信息模塊、月平均風速信息模塊、日平均風速信息模塊、時平均風速信息模塊、風湍流信息模塊、風剪切信息模塊、塔影效應信息模塊，分別用于分析處理風速的年、季、月、日、時平均風速，及風湍流、風剪切、塔影效應的數據。
[0012]所述的機組性能差異模塊包括
操作員PLC，用于負責機組性能參數的監控及根據程序發出相應控制信號給I/O端口，同時負責各種數據和參數的實時獲取；
機組性能參數應用程序模塊，采用IEC 61400-25標準與操作員PLC互連，經過用戶權限識別以后，系統按照進程為相應的用戶分配對應的可使用模塊；
數據信息備份與恢復模塊，用于儲存管理機組性能參數數據，生成運行報告，以及歷史數據報表；
機組性能信息組模塊，包括風機基本信息模塊、風機塔筒信息模塊、風機機艙信息模塊、風機葉片信息模塊、風機傳動鏈信息模塊、風機變槳機構信息模塊、風機發電機信息模塊、風機變流器信息模塊，分別用于分析處理風機基本數據及塔筒、機艙、葉片、傳動鏈、變槳機構、發電機、變流器的數據。
[0013]上述風電機組智能監控運行控制系統的控制方法，包括如下步驟:
51、啟動風電機組、并網，同時啟動運行環境差異模塊、風資源差異模塊、機組性能差異豐旲塊;
52、運行環境差異模塊、風資源差異模塊、機組性能差異模塊實時監測參數變化情況，并輸出數據到智能監控運行控制器中的運行環境參數分析模塊、風資源參數分析模塊、機組性能參數分析模塊；
53、運行環境參數分析模塊、風資源參數分析模塊、機組性能參數分析模塊采用智能控制算法對輸入的數據分析處理，對應的每個輸出量經乘以一個加權因子后輸入到智能控制器；
54、智能控制器采用智能控制算法分析運算后，輸出轉矩給定控制信號和變槳角度給定控制信號到風力機中變速變槳控制器；
55、智能監控運行控制器輸出的風機實時運行數據依次經光纖環網、光纖環網交換機、交換機傳輸交換后，輸入到數據庫服務器、操作員站，并通過Internet輸入到遠程監控中心
本發明具有以下有益效果:
本發明采用智能控制算法，具有自學習、自適應運行環境差異、風資源差異和機組